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Chancen und Herausforderungen
Power over Ethernet (PoE) für Videonetzwerke
Immer mehr Endgeräte sind PoE-fähig. Für komplexe Videonetzwerke bietet diese Technologie viele Vorteile, wie Flexibilität oder Leistungsoptimierung. Gleichzeitig bringt sie auch Herausforderungen mit sich. Denn Errichter und Endnutzer müssen sich nun neuen Anforderungen zu Planung, Installation und Netzwerkinfrastruktur stellen. Warum also Power over Ethernet?
Bild: Barox Kommunikation GmbH

Power over Ethernet beschreibt ein Verfahren, bei dem netzwerkfähige Geräte über ein vier- oder achtdrahtiges Ethernet-Kabel mit Strom versorgt werden. Dadurch ist es möglich, auf Batterien, Stromversorgungskabel, Netzteile und herkömmliche Steckdosen zu verzichten. Die Energie bezieht das Endgerät über das Datennetz, wozu die Datenleitung neben den Datensignalen gleichzeitig mit Strom gespeist werden muss. Somit können PoE-fähige Geräte auch an schwer zugänglichen Stellen, im Freien oder an Orten, wo viele Kabel stören würden, installiert werden. PoE ermöglicht eine zentrale, unterbrechungsfreie Stromversorgung. Dadurch lassen sich oft Installationskosten einsparen und die Ausfallsicherheit der angeschlossenen Geräte wird erhöht. Im Bereich Lichtsysteme gibt es z.B. bereits heute Konzepte, die ganz ohne Steckdosen auskommen und ausschließlich über PoE gespeist werden. Auch in vielen anderen Bereichen wird PoE als die Technik der Zukunft angesehen. So können die Gebäudeautomatisierung und Analytik für die vorbeugende Wartung wie Sensoren, Wi-Fi-Zugangspunkte oder Überwachungskameras über Switche mit PoE gespeist und gesteuert werden. Daher stellt sich zunehmend die Frage: Wer braucht heutzutage noch Steckdosen?

Zusammenspiel der Komponenten

Im Bereich der Videonetzwerke entstehen effiziente Lösungen aus dem Zusammenspiel der Komponenten Kamera, Switch und Video Management Software. Für ein optimales Endergebnis sollten diese perfekt aufeinander abgestimmt sein. In der Vergangenheit haben verschiedene Hersteller je eine der drei Komponenten produziert und häufig ohne Rücksicht auf Kompatibilität mit den restlichen Bausteinen optimiert. Mittlerweile entwickelt sich der Markt dahingehend, dass sämtliche Hersteller aus diesen verschiedenen Bereichen zusammenarbeiten und Wege finden, dass alle Komponenten miteinander harmonieren. Jeder Part hat eine unterschiedliche Aufgabe. Die Kamera streamt, generiert also Kamerabilder. Die Video Management Software kontrolliert, ob Kamerabilder aufgezeichnet werden und Parameter wie Farbeinstellungen stimmen. Die Komponente, die vom Endkunden am wenigsten wahrgenommen wird, da sie im Hintergrund agiert, ist der Switch. Dieser ist jedoch für wichtige Hintergrundanalysen zuständig. Der Switch überwacht z.B., ob es Paketverluste bei den übertragenen Bildinformationen gibt, er misst die Durchsatzrate sowie den PoE Verbrauch und analysiert die Qualität der Kabelverbindung. Zudem ist es möglich, einen Switch so zu konfigurieren, dass er aktiv in das Netzwerk eingreift.

Spezielle Anforderungen an IP-Netze

Eine Kamera zählt zu den kompliziertesten Endgeräten, die in ein IP-Netz eingebunden werden können, denn Videosignale stellen ganz spezielle Herausforderungen an das Netzwerk, wie große Datenraten und hohe PoE-Leistungen über lange Distanzen. Das liegt daran, dass eine Kamera nicht immer direkt am Switch angebracht ist, sondern auch im Außenbereich an einer Hauswand oder einem Zaun installiert sein kann. Gleichzeitig muss eine differenzierte PoE-Leistung möglich sein: Ein Switch sollte zwischen Dauerbetrieb und Leistungspeaks unterscheiden können. Bei Leistungspeaks wird für eine kurze Zeit mehr Strom als im Dauerbetrieb benötigt. Dies ist der Fall, wenn sich eine Kamera anmeldet und hochgefahren wird oder eine Tag-Nacht-Umschaltung stattfindet. Erkennt ein Switch Leistungspeaks nicht, vermutet er einen Kurzschluss und schaltet den Port ab. Weitere Anforderungen an das IP-Netz sind eine unterbrechungsfreie Übertragung, die Präsenzkontrolle oder der automatische Neustart der Kameras im Störfall.

Gründe für einen Kameraausfall

Werden die genannten Anforderungen nicht erfüllt, haben Endnutzer Probleme mit IP-Kameras und PoE. So kann es vorkommen, dass sich die Qualität der Kamerabilder verschlechtert und es zur sogenannten Blöckchen- oder Treppchenbildung oder sogar zum Ausfall des Bildes kommt. Gründe für einen Ausfall können eine Änderung der Klassifikation oder des Strombedarfs bei Leistungspeaks sein. Ein häufiger Grund für einen Ausfall ist jedoch die Verarbeitung der Jumboframes bei 1GBit statt bei 100 Mbits. Die meisten Switche auf dem Markt können große Datenpakete nur bei 1GBit verarbeiten. Kameras stellen Videoframes derzeit aber meist bei 100 Mbits zur Verfügung. Folglich muss der Switch alle Bildinformationen von 100 Mbits auf 1GBit umrechnen, um die Bilder weiterleiten zu können. Durch diese Umrechnung geht viel Rechnerleistung verloren und der Kettenspeicher pro Port füllt sich. Ist der Speicher voll, fällt das Bild aus. Werden also Switche verwendet, die Datenpakete sowohl bei 1GBit als auch bei 100MBit verarbeiten können, gehen keinerlei Speicherkapazitäten für die Umrechnung verloren, die Rechnerleistung wird ausschließlich für die Verarbeitung der Bilder verwendet und es gibt auch bei voller Bestückung keinen Ausfall.

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Autor: Dieter Hiestand, Barox Kommunikation GmbH
Firma: Barox Kommunikation GmbH
www.barox.de

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